一種用于脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度控制裝置，屬于金屬凝固控制領(lǐng)域。主要包括測溫?zé)犭娕?、溫度控制及?shù)據(jù)采集裝置、位移及導(dǎo)向裝置。該裝置的主要特征是在脈沖電流處理金屬熔體時(shí)對(duì)該過程溫度進(jìn)行控制和測量。通過測溫?zé)犭娕紝?duì)金屬熔體溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并采用溫度控制及記錄裝置對(duì)金屬熔體的溫度進(jìn)行控制和采集數(shù)據(jù)。該裝置在管式電阻爐加熱下脈沖電流處理金屬熔體的應(yīng)用中優(yōu)勢突出，采用本裝置可對(duì)金屬熔體的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，操作簡單，誤差小，并可根據(jù)采集數(shù)據(jù)分析脈沖電流對(duì)金屬凝固過程的影響。本裝置對(duì)脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織時(shí)金屬熔體溫度的精確控制和處理過程的可控性具有積極意義。
【專利說明】—種用于脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度控制裝置，屬于金屬凝固控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]在材料科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，金屬凝固過程的控制是提高金屬材料性能以及開發(fā)新型材料的重要途徑。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人們對(duì)材料性能的要求不斷提高，由此，電流凝固技術(shù)逐漸成為細(xì)化和改善金屬凝固組織方法的研究熱點(diǎn)。電流凝固技術(shù)是在金屬凝固過程中或液態(tài)時(shí)對(duì)其施加一定的電流，如交變電流、直流電流或脈沖電流(ElectricCurrent Pulse, ECP)等,從而細(xì)化金屬凝固組織并改善性能的方法。而電流凝固技術(shù)中，尤以脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的方法應(yīng)用最廣，該技術(shù)具有無污染、效果顯著、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，其研究工作是近年來新興的研究方向，受到材料工作者的高度重視。
[0003]然而，在脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織過程中，對(duì)金屬熔體溫度的精確控制是提高金屬材料質(zhì)量和處理過程可控性的關(guān)鍵，脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的作用機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面:電遷移效應(yīng)、Joule效應(yīng)、Peltier效應(yīng)、起伏效應(yīng)、趨膚效應(yīng)、電磁力效應(yīng)等。脈沖電流處理過程中的傳熱、傳質(zhì)和動(dòng)量傳輸，影響金屬的成分分布、凝固組織及其形態(tài)，進(jìn)而達(dá)到細(xì)化凝固組織的目的。
[0004]金屬熔體冷卻過程中的溫度變化直接影響金屬凝固組織的細(xì)化效果，目前，實(shí)驗(yàn)操作過程中的測溫方法主要有熱電阻測溫、紅外熱像儀測溫、熱電偶測溫。熱電阻測溫雖然操作簡單，但由于感溫元件無法直接接觸被測物體而存在較大誤差，測量范圍有限；紅外熱像儀測溫雖然測溫結(jié)果可靠，但操作過程復(fù)雜，費(fèi)用較高，而且無法測量金屬液內(nèi)部的溫度；普通熱電偶測溫雖然可靠性和重復(fù)性較好，但無法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制和自動(dòng)采集。因此，只有做到對(duì)金屬熔體凝固過程中溫度的精確控制和測量，才能有效提高脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的效果并對(duì)脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的作用機(jī)理進(jìn)行更深一步的分析和探究?，F(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)表明，管式電阻爐加熱下脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織過程中缺乏對(duì)金屬熔體溫度的精確控制和測量記錄。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有管式電阻爐加熱下脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織過程中缺乏對(duì)金屬熔體溫度的精確控制和測量記錄的問題，提供一種適用于管式爐加熱下脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織過程中金屬熔體溫度和爐膛溫度的控制裝置，該裝置包括測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3、隔熱石棉4、管式電阻爐爐身I 5、陶瓷支承管6、耐熱陶瓷管I 7、出氣孔8、水玻璃沙I 9、電極10、補(bǔ)償導(dǎo)線I 11、水玻璃沙II 12、耐熱陶瓷管II 13、管式電阻爐爐身II 14、高壓脈沖電源15、進(jìn)氣孔17、溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18、補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線III 20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21、位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24，測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3分別安裝到位移及導(dǎo)向裝置I22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III24上，位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24分別通過補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線III 20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21與溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18連接；位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24豎直安裝在隔熱石棉4上，隔熱石棉4位于管式電阻爐爐身I 5上端，陶瓷支承管6安放在管式電阻爐爐身I 5兩側(cè)，耐熱陶瓷管I 7固定于管式電阻爐爐身I 5兩側(cè)的陶瓷支承管6上，耐熱陶瓷管II 13位于耐熱陶瓷管I 7的內(nèi)部，電極10穿過耐熱陶瓷管
I7和耐熱陶瓷管II 13、通過導(dǎo)線I 11與高壓脈沖電源15相連，耐熱陶瓷管I 7和耐熱陶瓷管II 13的兩端分別用水玻璃沙I 9和水玻璃沙II 12密封；耐熱陶瓷管I 7的兩端分別設(shè)有出氣孔8和進(jìn)氣孔17。
[0006]本發(fā)明所述測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏II 3的一端與耐熱陶瓷管I 7接觸，測溫?zé)犭娕糏I 2的一端插入耐熱陶瓷管II 13里面的金屬熔體16中。
[0007]本發(fā)明所述位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III24豎起來部分具有一定的伸縮性，保證了測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II3的固定和上下移動(dòng)。
[0008]所述隔熱石棉4上設(shè)有十字形導(dǎo)軌，位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24均可以沿著十字形導(dǎo)軌水平移動(dòng)，從而使測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3也可以水平移動(dòng)。
[0009]本發(fā)明所述，測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II3為S型熱電偶，其測溫范圍為0°C?1600°C，通過在管式電阻爐爐身I 5上端開槽或孔，安放位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24,位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24不影響管式電阻爐的正常工作，用來固定和支承測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3，并為測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3的移動(dòng)提供導(dǎo)向。將測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3分別安裝在位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24上，并保證測溫?zé)犭娕?br> I1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II3的上下、左右移動(dòng)，以便同時(shí)測量不同位置的溫度，通過多支測溫?zé)犭娕?，同時(shí)對(duì)爐膛及金屬熔體16溫度進(jìn)行測量，并可將不同位置的溫度進(jìn)行對(duì)比。進(jìn)而準(zhǔn)確獲得爐膛和金屬熔體的溫度場變化，并可分析脈沖電流對(duì)金屬熔體溫度的影響。通過補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線III 20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21將測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕?br> II2、測溫?zé)犭娕糏II 3與溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18連接，記錄測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3測得的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)顯示，隨時(shí)調(diào)整管式電阻爐加熱程序，以控制爐內(nèi)溫度及升溫或降溫速率。進(jìn)而達(dá)到對(duì)溫度的控制，在對(duì)金屬熔體通入脈沖電流的狀態(tài)下，可利用本裝置對(duì)金屬熔體溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，可在操作過程中通入氬氣進(jìn)行氣體保護(hù)，避免金屬熔體因高溫而發(fā)生氧化。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
(1)本發(fā)明將電脈沖處理裝置、管式電阻爐有機(jī)結(jié)合，操作方便，易于控制，測溫?zé)犭娕?br> I1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3測量范圍較大((TC?1600°C)，測溫結(jié)果可靠，而且重復(fù)性較好；
(2)本發(fā)明所述溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18操作簡單，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和存儲(chǔ)，并可根據(jù)測得的溫度找出熔體溫度變化趨勢，合理調(diào)整脈沖參數(shù)，進(jìn)而優(yōu)化脈沖工藝； (3)位移及導(dǎo)向裝置I22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24結(jié)構(gòu)簡單，便于測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3的安裝、固定和移動(dòng)，本裝置在管式電阻爐加熱下脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度測量中可長期使用，適用于不同金屬熔體的溫度測量，為分析脈沖電流對(duì)金屬熔體溫度的影響及細(xì)化金屬凝固組織的機(jī)理提供可靠依據(jù)；
(4)可在對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測量和控制的基礎(chǔ)上，對(duì)脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的機(jī)理進(jìn)行更深一步的分析和研究，并實(shí)現(xiàn)操作過程的可控性和可重復(fù)性，通過本裝置可測量脈沖電流處理時(shí)不同金屬熔體的溫度，使用廣泛。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明安裝在管式電阻爐上的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的俯視圖；
圖3是實(shí)施例1測得的溫度曲線；
圖4是實(shí)施例2測得的溫度曲線。
[0012]圖中:1_測溫?zé)犭娕糏，2_測溫?zé)犭娕糏I，3-測溫?zé)犭娕糏II，4-隔熱石棉，5-管式電阻爐爐身I，6-陶瓷支承管，7-耐熱陶瓷管I，8-出氣孔，9-水玻璃沙，10-電極，11-補(bǔ)償導(dǎo)線I，12-水玻璃沙II，13-耐熱陶瓷管II，14-管式電阻爐爐身II，15-高壓脈沖電源，16-金屬熔體，17-進(jìn)氣孔，18-溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置，19-補(bǔ)償導(dǎo)線II，20-補(bǔ)償導(dǎo)線III，21-補(bǔ)償導(dǎo)線IV，22-位移及導(dǎo)向裝置I，23-位移及導(dǎo)向裝置II，24-位移及導(dǎo)向裝置III。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0014]實(shí)施例1
本實(shí)施例所述用于脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度控制裝置，該裝置包括測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3、隔熱石棉4、管式電阻爐爐身I 5、陶瓷支承管6、耐熱陶瓷管I 7、出氣孔8、水玻璃沙I 9、電極10、補(bǔ)償導(dǎo)線I 11、水玻璃沙II 12、耐熱陶瓷管II 13、管式電阻爐爐身II 14、高壓脈沖電源15、進(jìn)氣孔17、溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18、補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線III 20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21、位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置
II23、位移及導(dǎo)向裝置III 24，測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3分別安裝到位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24上，位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24分別通過補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線III20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21與溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18連接；位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24豎直安裝在隔熱石棉4上，隔熱石棉4位于管式電阻爐爐身I 5上端，陶瓷支承管6安放在管式電阻爐爐身I 5兩側(cè)，耐熱陶瓷管I 7固定于管式電阻爐爐身I 5兩側(cè)的陶瓷支承管6上，耐熱陶瓷管II 13位于耐熱陶瓷管I 7的內(nèi)部，電極10穿過耐熱陶瓷管I 7和耐熱陶瓷管II 13、通過導(dǎo)線I 11與高壓脈沖電源15相連，耐熱陶瓷管I 7和耐熱陶瓷管II 13的兩端分別用水玻璃沙I 9和水玻璃沙II 12密封；耐熱陶瓷管I 7的兩端分別設(shè)有出氣孔8和進(jìn)氣孔17，如圖1所示。
[0015]下面以脈沖電流細(xì)化共晶高鉻鑄鐵(液相線溫度1337°C，固相線溫度1276°C)凝固組織的溫度測量為例，并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述裝置的使用過程作進(jìn)一步描述:
如圖1所示，將過共晶高鉻鑄鐵試樣封裝入耐熱陶瓷管II 13中，放入管式電阻爐耐熱陶瓷管I 7中兩端用水玻璃沙I 9密封同時(shí)開有出氣孔8和進(jìn)氣孔17，試樣兩端用水玻璃沙II 12密封并接入電極10，通過電極10及補(bǔ)償導(dǎo)線I 11接到高壓脈沖電源15上，然后安裝本測溫裝置，將測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3依次安裝到位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24上,然后將位移及導(dǎo)向裝置安放在管式電阻爐上端，保持水平。測溫?zé)犭娕纪ㄟ^管式電阻爐的槽或孔伸入爐膛，同時(shí)保證測量金屬熔體溫度的測溫?zé)犭娕糏I 2與金屬熔體16接觸。通過補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線III 20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21將測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3接入溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18。調(diào)整管式電阻爐升溫程序，將爐膛溫度加熱到1350°C (管式電阻爐自帶測溫?zé)犭娕紲y量溫度，此時(shí)本測溫裝置測得的爐膛溫度為1350°C，而測得的試樣溫度為1346°C)保溫3分鐘后對(duì)試樣進(jìn)行爐冷，同時(shí)在冷卻過程中施加一定參數(shù)的高壓脈沖電流，并對(duì)爐膛及試樣溫度進(jìn)行全程測量。在整個(gè)過程中可通過進(jìn)氣孔17通入氬氣進(jìn)行氣體保護(hù)，防止金屬熔體發(fā)生氧化。保溫結(jié)束時(shí)管式爐測溫?zé)犭娕己捅狙b置測溫?zé)犭娕糏I 2測得爐膛溫度均為1350°C，而本裝置測得的過共晶高鉻鑄鐵試樣溫度為1354°C，管式電阻爐的控溫程序是以爐膛溫度為標(biāo)準(zhǔn)，因此，在保溫過程中由于耐熱陶瓷管II 13具有一定的保溫作用，金屬熔體的溫度會(huì)在爐膛保溫時(shí)而有一定程度的升高。
[0016]在冷卻過程中，當(dāng)本裝置測得的過共晶高鉻鑄鐵溫度為其液相線溫度1337°C時(shí)，爐膛溫度為1238°C，溫差為99°C。當(dāng)測得的過共晶高鉻鑄鐵溫度為其固相線溫度1276°C時(shí)，爐膛溫度為1147°C，溫差為129°C。在冷卻過程中，由于耐熱陶瓷管II 13的保溫作用及脈沖電流的影響，過共晶高鉻鑄鐵試樣的冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于爐膛的冷卻速度，加之金屬凝固過程中存在能量起伏，因此溫度差逐漸增大。在脈沖電流處理過程中，過共晶高鉻鑄鐵試樣的溫度和爐膛溫度通過溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行自動(dòng)采集，通過采集的數(shù)據(jù)，繪制出如圖3所示的溫度曲線圖。圖3中，曲線I為脈沖電流作用下過共晶高鉻鑄鐵試樣冷卻溫度曲線，曲線2為與之對(duì)應(yīng)的管式爐爐膛溫度曲線。
[0017]實(shí)施例2
該裝置包括測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕?113、隔熱石棉4、管式電阻爐爐身I 5、陶瓷支承管6、耐熱陶瓷管I 7、出氣孔8、水玻璃沙I 9、電極10、補(bǔ)償導(dǎo)線I 11、水玻璃沙II 12、耐熱陶瓷管II 13、管式電阻爐爐身II 14、高壓脈沖電源15、進(jìn)氣孔17、溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18、補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線III 20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21、位移及導(dǎo)向裝置
I22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24，測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3分別安裝到位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24上，位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24分別通過補(bǔ)償導(dǎo)線
II19、補(bǔ)償導(dǎo)線III 20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21與溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18連接；位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24豎直安裝在隔熱石棉4上，隔熱石棉4位于管式電阻爐爐身I 5上端，陶瓷支承管6安放在管式電阻爐爐身I 5兩側(cè)，耐熱陶瓷管I 7固定于管式電阻爐爐身I 5兩側(cè)的陶瓷支承管6上，耐熱陶瓷管II 13位于耐熱陶瓷管I 7的內(nèi)部，電極10穿過耐熱陶瓷管I 7和耐熱陶瓷管II 13、通過導(dǎo)線I 11與高壓脈沖電源15相連，耐熱陶瓷管I 7和耐熱陶瓷管II 13的兩端分別用水玻璃沙I 9和水玻璃沙
II12密封；耐熱陶瓷管I 7的兩端分別設(shè)有出氣孔8和進(jìn)氣孔17。
[0018]本實(shí)施例所述測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏II 3的一端與耐熱陶瓷管I 7接觸，測溫?zé)犭娕糏I 2的一端插入耐熱陶瓷管II 13里面的金屬熔體16中。
[0019]本實(shí)施例所述位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24豎起來部分具有一定的伸縮性，保證了測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II3的固定和上下移動(dòng)；所述隔熱石棉4上設(shè)有十字形導(dǎo)軌，位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III24均可以沿著十字形導(dǎo)軌水平移動(dòng)，從而使測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3也可以水平移動(dòng)。
[0020]下面以脈沖電流細(xì)化共晶高鉻鑄鐵(液相線溫度1337°C，固相線溫度1276°C)凝固組織的溫度測量為例，并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述裝置的使用過程作進(jìn)一步描述:
如圖1所示，將過共晶高鉻鑄鐵試樣封裝入耐熱陶瓷管II 13中，放入管式電阻爐耐熱陶瓷管I 7中兩端用水玻璃沙I 9密封同時(shí)開有出氣孔8和進(jìn)氣孔17，試樣兩端用水玻璃沙II 12密封并接入電極10，通過電極10及補(bǔ)償導(dǎo)線I 11接到高壓脈沖電源15上，然后安裝本測溫裝置，將測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3依次安裝到位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24上，然后將位移及導(dǎo)向裝置安放在管式電阻爐上端，保持水平。測溫?zé)犭娕纪ㄟ^管式電阻爐的槽或孔伸入爐膛，同時(shí)保證測量金屬熔體溫度的測溫?zé)犭娕糏I 2與金屬熔體16接觸。通過補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線III 20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21將測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II3接入溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18。調(diào)整管式電阻爐升溫程序，將爐膛溫度加熱到1350°C (管式電阻爐自帶測溫?zé)犭娕紲y量溫度，此時(shí)本測溫裝置測得的爐膛溫度為1350°C，而測得的試樣溫度為1345°C)保溫3分鐘后對(duì)試樣進(jìn)行爐冷，同時(shí)在冷卻過程中施加一定參數(shù)的高壓脈沖電流，并對(duì)爐膛及試樣溫度進(jìn)行全程測量。在整個(gè)過程中可通過進(jìn)氣孔17通入氬氣進(jìn)行氣體保護(hù)，防止金屬熔體發(fā)生氧化。保溫結(jié)束時(shí)管式爐測溫?zé)犭娕己捅狙b置測溫?zé)犭娕糏I 2測得爐膛溫度均為1350°C，而本裝置測得的過共晶高鉻鑄鐵試樣溫度為1352°C，管式電阻爐的控溫程序是以爐膛溫度為標(biāo)準(zhǔn)，因此，在保溫過程中由于耐熱陶瓷管II 13具有一定的保溫作用，金屬熔體的溫度會(huì)在爐膛保溫時(shí)而有一定程度的升高。在冷卻過程中，當(dāng)本裝置測得的過共晶高鉻鑄鐵溫度為其液相線溫度1337°C時(shí)，爐膛溫度為1232°C，溫差為105°C。當(dāng)測得的過共晶高鉻鑄鐵溫度為其固相線溫度1276°C時(shí)，爐膛溫度為1155°C，溫差為121°C。在冷卻過程中，由于耐熱陶瓷管II 13的保溫作用及脈沖電流的影響，過共晶高鉻鑄鐵試樣的冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于爐膛的冷卻速度，加之金屬凝固過程中存在能量起伏，因此溫度差逐漸增大。在脈沖電流處理過程中，過共晶高鉻鑄鐵試樣的溫度和爐膛溫度通過溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行自動(dòng)采集，通過采集的數(shù)據(jù)，繪制出如圖4所示的溫度曲線圖。圖4中，曲線3為脈沖電流作用下過共晶高鉻鑄鐵試樣冷卻溫度曲線，曲線4為與之對(duì)應(yīng)的管式爐爐膛溫度曲線。
[0021]實(shí)施例3
本實(shí)施例所述用于脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度控制裝置，該裝置包括測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3、隔熱石棉4、管式電阻爐爐身I 5、陶瓷支承管6、耐熱陶瓷管I 7、出氣孔8、水玻璃沙I 9、電極10、補(bǔ)償導(dǎo)線I 11、水玻璃沙II 12、耐熱陶瓷管II 13、管式電阻爐爐身II 14、高壓脈沖電源15、進(jìn)氣孔17、溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18、補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線III 20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21、位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置
II23、位移及導(dǎo)向裝置III 24，測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3分別安裝到位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24上，位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24分別通過補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線
III20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21與溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18連接；位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24豎直安裝在隔熱石棉4上，隔熱石棉4位于管式電阻爐爐身I 5上端，陶瓷支承管6安放在管式電阻爐爐身I 5兩側(cè)，耐熱陶瓷管I 7固定于管式電阻爐爐身I 5兩側(cè)的陶瓷支承管6上，耐熱陶瓷管II 13位于耐熱陶瓷管I 7的內(nèi)部，電極10穿過耐熱陶瓷管I 7和耐熱陶瓷管II 13、通過導(dǎo)線I 11與高壓脈沖電源15相連，耐熱陶瓷管I 7和耐熱陶瓷管II 13的兩端分別用水玻璃沙I 9和水玻璃沙II 12密封；耐熱陶瓷管I 7的兩端分別設(shè)有出氣孔8和進(jìn)氣孔17，如圖1所示。
[0022]下面以脈沖電流細(xì)化Al_25%Si合金(液相溫度線778°C，固相線溫度577°C)凝固組織的溫度測量為例，并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述裝置的使用過程作進(jìn)一步描述:
如圖1所示，將Al-25%Si合金試樣封裝入耐熱陶瓷管II 13中，放入管式電阻爐耐熱陶瓷管I 7中兩端用水玻璃沙I 9密封同時(shí)開有出氣孔8和進(jìn)氣孔17，試樣兩端用水玻璃沙
II12密封并接入電極10，通過電極10及補(bǔ)償導(dǎo)線I 11接到高壓脈沖電源15上，然后安裝本測溫裝置，將測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II3依次安裝到位移及導(dǎo)向裝置I 22、位移及導(dǎo)向裝置II 23、位移及導(dǎo)向裝置III 24上，然后將位移及導(dǎo)向裝置安放在管式電阻爐上端，保持水平。測溫?zé)犭娕纪ㄟ^管式電阻爐的槽或孔伸入爐膛，同時(shí)保證測量金屬熔體溫度的測溫?zé)犭娕糏I 2與金屬熔體16接觸。通過補(bǔ)償導(dǎo)線II 19、補(bǔ)償導(dǎo)線III 20、補(bǔ)償導(dǎo)線IV 21將測溫?zé)犭娕糏 1、測溫?zé)犭娕糏I 2、測溫?zé)犭娕糏II 3接入溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置18。調(diào)整管式電阻爐升溫程序，將爐膛溫度加熱到800°C (管式電阻爐自帶測溫?zé)犭娕紲y量溫度，此時(shí)本測溫裝置測得的爐膛溫度為800°C，而測得的試樣溫度為795°C)保溫3分鐘后對(duì)試樣進(jìn)行爐冷，同時(shí)在冷卻過程中施加一定參數(shù)的高壓脈沖電流，并對(duì)爐膛及試樣溫度進(jìn)行全程測量。在整個(gè)過程中可通過進(jìn)氣孔17通入氬氣進(jìn)行氣體保護(hù)，防止金屬熔體發(fā)生氧化。保溫結(jié)束時(shí)管式爐測溫?zé)犭娕己捅狙b置測溫?zé)犭娕糏I 2測得爐膛溫度均為800°C，而本裝置測得的Al-25%Si合金試樣溫度為812°C，管式電阻爐的控溫程序是以爐膛溫度為標(biāo)準(zhǔn)，因此，在保溫過程中由于耐熱陶瓷管II 13具有一定的保溫作用，金屬熔體的溫度會(huì)在爐膛保溫時(shí)而有一定程度的升高。在冷卻過程中，當(dāng)本裝置測得的Al-25%Si合金溫度為其液相線溫度778°C時(shí)，爐膛溫度為702°C，溫差為76°C。當(dāng)測得的Al_25%Si合金溫度為其固相線溫度577°C時(shí)，爐膛溫度為473°C，溫差為104°C。在冷卻過程中，由于耐熱陶瓷管II 13的保溫作用及脈沖電流的影響，Al-25%Si合金試樣的冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于爐膛的冷卻速度，加之金屬凝固過程中存在能量起伏，因此溫度差逐漸增大。在脈沖電流處理過程中，Al-25%Si合金試樣的溫度和爐膛溫度通過溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行自動(dòng)采集，通過采集的數(shù)據(jù)。
[0023]過本裝置可測量脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織時(shí)金屬熔體的溫度，將測得的溫度與無脈沖電流作用時(shí)的溫度進(jìn)行對(duì)比，并和爐膛溫度進(jìn)行對(duì)比，繪制出冷卻溫度曲線，可進(jìn)一步分析脈沖電流對(duì)金屬熔體的影響和脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的機(jī)理。本裝置可測量脈沖電流作用下不同金屬熔體的溫度。本裝置對(duì)脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織時(shí)金屬熔體溫度的精確控制和處理過程的可控性具有積極意義。
【權(quán)利要求】
1.一種用于脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度控制裝置，其特征在于:該裝置包括測溫?zé)犭娕糏 (I)、測溫?zé)犭娕糏I (2)、測溫?zé)犭娕?11(3)、隔熱石棉(4)、管式電阻爐爐身I(5)、陶瓷支承管(6)、耐熱陶瓷管I (7)、出氣孔(8)、水玻璃沙I (9)、電極(10)、補(bǔ)償導(dǎo)線I (11)、水玻璃沙II (12)、耐熱陶瓷管II (13)、管式電阻爐爐身II (14)、高壓脈沖電源(15)、進(jìn)氣孔(17)、溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置(18)、補(bǔ)償導(dǎo)線II (19)、補(bǔ)償導(dǎo)線111(20)、補(bǔ)償導(dǎo)線IV(21)、位移及導(dǎo)向裝置I (22)、位移及導(dǎo)向裝置II (23)、位移及導(dǎo)向裝置111(24)，測溫?zé)犭娕糏 (I)、測溫?zé)犭娕糏I (2)、測溫?zé)犭娕?11(3)分別安裝到位移及導(dǎo)向裝置I(22)、位移及導(dǎo)向裝置II(23)、位移及導(dǎo)向裝置111(24)上,位移及導(dǎo)向裝置I (22)、位移及導(dǎo)向裝置II (23)、位移及導(dǎo)向裝置111(24)分別通過補(bǔ)償導(dǎo)線II (19)、補(bǔ)償導(dǎo)線111(20)、補(bǔ)償導(dǎo)線IV(21)與溫度控制及數(shù)據(jù)采集裝置(18)連接；位移及導(dǎo)向裝置I (22)、位移及導(dǎo)向裝置II (23)、位移及導(dǎo)向裝置111(24)豎直安裝在隔熱石棉(4)上，隔熱石棉(4)位于管式電阻爐爐身I (5)上端，陶瓷支承管(6)安放在管式電阻爐爐身I (5)兩側(cè)，耐熱陶瓷管I(7)固定于管式電阻爐爐身I (5)兩側(cè)的陶瓷支承管(6)上，耐熱陶瓷管II (13)位于耐熱陶瓷管I (7)的內(nèi)部，電極(10)穿過耐熱陶瓷管I (7)和耐熱陶瓷管II (13)、通過導(dǎo)線I(11)與高壓脈沖電源(15)相連，耐熱陶瓷管I (7)和耐熱陶瓷管II (13)的兩端分別用水玻璃沙I (9)和水玻璃沙II (12)密封；耐熱陶瓷管I (7)的兩端分別設(shè)有出氣孔(8)和進(jìn)氣孔(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度控制裝置，其特征在于:測溫?zé)犭娕糏 (I)、測溫?zé)犭娕?11(3)的一端與耐熱陶瓷管I (7)接觸，測溫?zé)犭娕糏I(2)的一端插入耐熱陶瓷管II (13)里面的金屬熔體(16)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度控制裝置，其特征在于:所述位移及導(dǎo)向裝置I (22)、位移及導(dǎo)向裝置II (23)、位移及導(dǎo)向裝置111(24)豎起來部分具有一定的伸縮性，保證了測溫?zé)犭娕糏 (I)、測溫?zé)犭娕糏I (2)、測溫?zé)犭娕糏II(3)的固定和上下移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于脈沖電流細(xì)化金屬凝固組織的溫度控制裝置，其特征在于:所述隔熱石棉(4)上設(shè)有十字形導(dǎo)軌，位移及導(dǎo)向裝置I (22)、位移及導(dǎo)向裝置II(23)、位移及導(dǎo)向裝置111(24)均可以沿著十字形導(dǎo)軌水平移動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G05D23/22GK104133505SQ201410346640
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】周榮鋒, 呂海洋, 陳華, 蔣業(yè)華, 周榮 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)